CN108155875B - 功率放大器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种功率放大器，能够适应性地操作于一能源效率模式下与一高输出功率模式下，该功率放大器的一实施例包含一第一晶体管、一第二晶体管、一第一偏压元件、一第二偏压元件、一第三偏压元件与多个开关。于该能源效率模式下，通过控制所述开关的启闭，该第一晶体管、该第二晶体管、该第二偏压元件与该第三偏压元件构成一反相器型功率放大器。于该高输出功率模式下，通过控制所述开关的启闭，该第二晶体管与该第一偏压元件构成一共源极放大器或一共射极放大器。本发明的功率放大器兼具节能与高输出功率的优点。

Description

功率放大器
技术领域
本发明涉及电子电路技术领域，具体而言，尤其涉及一种功率放大器。
背景技术
一般而言，反相器型的功率放大器的功耗较低，共源极型的功率放大器的输出功率较大，两者适用的情境不同。举一射频收发器为例，功率放大器是射频收发器中主要耗电元件之一，当射频发射器以功耗为优先考量时，反相器型的功率放大器为较佳选择；当射频发射器以操作表现(例如传输距离)为优先考量时，共源极型的功率放大器为较佳选择。
本产业期盼有一电路能兼具上述二种放大器的优点。
反相器型的功率放大器可见于下列文献：
J.Prummel et al.,“A 10mW Bluetooth Low-Energy transceiver with onchipmatching,”IEEE J.Solid-State Circuits,vol.50,no.12,pp.3077–3088,Dec.2015.
共源极型的功率放大器可见于下列文献：
A.Wong et al.,“A 1V 5mA multimode IEEE 802.15.6/Bluetooth low-energyWBAN transceiver for biotelemetry applications,”in IEEE ISSCCDig.Tech.Papers,2012,pp.300–301.
发明内容
本发明的一目的在于提供一种功率放大器，能够适应性地操作于一能源效率模式下与一高输出功率模式下。
本发明公开了一种功率放大器，其一实施例包含一第一晶体管、一第二晶体管、一第一偏压元件、一第二偏压元件、一第三偏压元件、一第一开关、一第二开关、一第三开关、一第四开关、一第五开关、一第六开关以及一第七开关。所述第一晶体管包含一第一高电位端、一第一低电位端与一第一控制端，该第一高电位端耦接一高电位供应端，该第一低电位端耦接一信号输出端。所述第二晶体管包含一第二高电位端、一第二低电位端与一第二控制端，该第二高电位端耦接该信号输出端，该第二低电位端耦接一低电位供应端，该第二控制端耦接一信号输入端。所述第一偏压元件耦接一第一负载偏压电位端。所述第二偏压元件耦接一第二负载偏压电位端。所述第一开关耦接于该高电位供应端与该第一控制端之间，用来依据一控制信号于该能源效率模式下不导通以及于该高输出功率模式下导通。所述第二开关耦接于该信号输入端与该第一控制端之间，用来依据该控制信号于该能源效率模式下导通以及于该高输出功率模式下不导通。所述第三开关耦接于该信号输入端与该第三偏压元件之间，用来依据该控制信号于该能源效率模式下导通以及于该高输出功率模式下不导通。所述第四开关耦接于该第三偏压元件与该信号输出端之间，用来依据该控制信号于该能源效率模式下导通以及于该高输出功率模式下不导通。所述第五开关耦接于该第二控制端与一晶体管偏压电位端之间，用来依据该控制信号于该能源效率模式下不导通以及于该高输出功率模式下导通。所述第六开关耦接于该第一偏压元件与该信号输出端之间，用来依据该控制信号于该能源效率模式下不导通以及于该高输出功率模式下导通。所述第七开关耦接于该信号输出端与该第二偏压元件之间，用来依据该控制信号于该能源效率模式下导通以及于该高输出功率模式下不导通。
本发明另公开了一种功率放大器，能够操作于一能源效率模式下与一高输出功率模式下，该功率放大器的一实施例包含一第一晶体管、一第二晶体管、一第一偏压元件、一第二偏压元件、一第三偏压元件与多个开关。所述第一晶体管包含一第一高电位端、一第一低电位端与一第一控制端，该第一高电位端耦接一高电位供应端，该第一低电位端耦接一信号输出端，该第一控制端于该能源效率模式下耦接一信号输入端。所述第二晶体管包含一第二高电位端、一第二低电位端与一第二控制端，该第二高电位端耦接该信号输出端，该第二低电位端耦接一低电位供应端，该第二控制端耦接该信号输入端。所述第一偏压元件耦接一第一负载偏压电位端，该第一偏压元件于该能源效率模式下不耦接该信号输出端，并于该高输出功率模式下耦接该信号输出端。所述第二偏压元件耦接一第二负载偏压电位端，该第二偏压元件于该能源效率模式下耦接该信号输出端，并于该高输出功率模式下不耦接该信号输出端。所述第三偏压元件于该能源效率模式下耦接于该信号输入端与该信号输出端之间，并于该高输出功率模式下不耦接该信号输入端与该信号输出端。所述多个开关的每一个用来依据一控制信号于该能源效率模式下导通或不导通以及于该高输出功率模式下导通或不导通，所述开关于该能源效率模式下使该第一晶体管、该第二晶体管、该第二偏压元件与该第三偏压元件构成一反相器型功率放大器，而于该高输出功率模式下使该第二晶体管与该第一偏压元件构成一共源极放大器或一共射极放大器。
有关本发明的特征、实作与技术效果，兹配合附图作较佳实施例详细说明如下。
附图说明
图1为本发明的功率放大器的一实施例的电路图；
图2为图1的功率放大器于一能源效率模式下的一等效电路图；
图3为图1的功率放大器于该能源效率模式下的另一等效电路图；
图4为图1的功率放大器于一高输出功率模式下的一等效电路图；以及
图5为图1的功率放大器于该高输出功率模式下的另一等效电路图。
附图标记说明：
100 功率放大器
110 第一晶体管
120 第二晶体管
210、ZL1 第一偏压元件
220、ZL2 第二偏压元件
230、ZB 第三偏压元件
310 第一开关
320 第二开关
330 第三开关
340 第四开关
350 第五开关
360 第六开关
370 第七开关
VDD 高电位供应端
VSS 低电位供应端
VIN 信号输入端
VOUT 信号输出端
VL1 第一负载偏压电位端
VL2 第二负载偏压电位端
VB 晶体管偏压电位端
具体实施方式
以下说明内容的技术用语是参照本技术领域的习惯用语，如本说明书对部分用语有加以说明或定义，该部分用语的解释是以本说明书的说明或定义为准。另外，在实施为可能的前提下，本说明书所描述的元件间的耦接关系，其涵义可包含直接或间接的关系，所谓「间接」是指二元件间尚有中间元件的存在。再者，图示中元件的形状、尺寸、比例等仅为示意，是供本技术领域技术人员了解本发明之用，而非对本发明的实施范围加以限制。
本发明公开了一种功率放大器，能够适应性地操作于一能源效率(energyefficient)模式下与一高输出功率模式下。
请参阅图1，其是本发明的功率放大器的一实施例的示意图。图1的功率放大器100包含一第一晶体管110、一第二晶体管120、一第一偏压元件(即图1中的ZL1)210、一第二偏压元件(即图1中的ZL2)220、一第三偏压元件230(即图1中的ZB)、一第一开关310、一第二开关320、一第三开关330、一第四开关340、一第五开关350、一第六开关360以及一第七开关370。
请继续参阅图1。第一晶体管110包含一第一高电位端、一第一低电位端与一第一控制端，该第一高电位端耦接一高电位供应端VDD，该第一低电位端耦接一信号输出端VOUT。第二晶体管120包含一第二高电位端、一第二低电位端与一第二控制端，该第二高电位端耦接信号输出端VOUT，该第二低电位端耦接一低电位供应端VSS，其可以是一接地端或一非接地端，该第二控制端耦接一信号输入端VIN。本实施例中，第一晶体管110例如是一P型金氧半导体(PMOS)晶体管或一双极性晶体管(BJT)；第二晶体管120例如是一N型金氧半导体(NMOS)晶体管或一BJT。
请继续参阅图1。第一偏压元件210耦接一第一负载偏压电位端VL1，并经由第六开关360耦接信号输出端VOUT。第二偏压元件220耦接一第二负载偏压电位端VL2(例如一任意值的直流电压，其可为零)，并经由第七开关370耦接信号输出端VOUT。第三偏压元件230经由第三开关330耦接信号输入端VIN，并经由第四开关340耦接信号输出端VOUT。本实施例中，偏压元件210～230的每一个包含下列其中之一：一电感；一电容；以及一电阻。于另一实施例中，第一偏压元件210与第二偏压元件220的每一个是一电感或一电容；第三偏压元件230是一电阻。
请继续参阅图1。第一开关310耦接于高电位供应端VDD与第一晶体管110的第一控制端之间，用来依据一控制信号于该能源效率模式下不导通以及于该高输出功率模式下导通，从而于该高输出功率模式下关闭第一晶体管110，该控制信号例如是一数字控制电路所产生的信号，该数字控制电路可依一预设条件(例如使用者设定、实时检测结果、运行现况的至少其中之一)来控制开关310～370，以使功率放大器100运行于该能源效率模式下或该高输出功率模式下，由于该数字控制电路本身及该预设条件的设定属于本领域的已知技艺，故其细节在此不予赘述。第二开关320耦接于信号输入端VIN与第一晶体管110的第一控制端之间，用来依据该控制信号于该能源效率模式下导通以及于该高输出功率模式下不导通。第三开关330耦接于信号输入端VIN与第三偏压元件230之间，用来依据该控制信号于该能源效率模式下导通以及于该高输出功率模式下不导通。第四开关340耦接于第三偏压元件230与信号输出端VOUT之间，用来依据该控制信号于该能源效率模式下导通以及于该高输出功率模式下不导通。第五开关350耦接于第二晶体管120的第二控制端与一晶体管偏压电位端VB之间，用来依据该控制信号于该能源效率模式下不导通以及于该高输出功率模式下导通，从而提供第二晶体管120一适当的偏压。第六开关360耦接于第一偏压元件210与信号输出端VOUT之间，用来依据该控制信号于该能源效率模式下不导通以及于该高输出功率模式下导通。第七开关370耦接于信号输出端VOUT与第二偏压元件220之间，用来依据该控制信号于该能源效率模式下导通以及于该高输出功率模式下不导通。本实施例中，上述开关310～370的每一个包含下列其中之一：一NMOS晶体管；一PMOS晶体管；一互补式金氧半导体(CMOS)传输闸(Transmission-gate)；以及一BJT。
承上所述，当图1的功率放大器100运行于该能源效率模式下时，功率放大器100的等效电路如图2与图3所示，包含第一晶体管110、第二晶体管120、第二偏压元件220与该第三偏压元件230，从而构成一反相器型功率放大器，其中图3不显示开关。当功率放大器100运行于该高输出功率模式下时，功率放大器100的等效电路如图4与图5所示，包含第二晶体管120与第一偏压元件210，从而构成一共源极放大器或一共射极放大器，其中图5不显示开关以及被关闭的第一晶体管110。
前述各电位供应端的电位可由实施本发明者依其需求决定；类似地，各偏压电位端可由实施本发明者依其需求决定。
综上所述，本发明的功率放大器能够适应性地操作于一能源效率模式下与一高输出功率模式下，以于该能源效率模式下扮演一反相器型功率放大器，并于该高输出功率模式下扮演一共源极或共射极放大器。简言之，本发明的功率放大器兼具节能与高输出功率的优点。
虽然本发明的实施例如上所述，然而所述实施例并非用来限定本发明，本技术领域技术人员可依据本发明的明示或隐含的内容对本发明的技术特征施以变化，凡此种种变化均可能属于本发明所寻求的专利保护范畴，换言之，本发明的专利保护范围须视本说明书的权利要求所界定者为准。

Claims (10)

1.一种功率放大器，能操作于一能源效率模式下与一高输出功率模式下，其特征在于，包含：
一第一晶体管，包含一第一高电位端、一第一低电位端与一第一控制端，该第一高电位端耦接一高电位供应端，该第一低电位端耦接一信号输出端；
一第二晶体管，包含一第二高电位端、一第二低电位端与一第二控制端，该第二高电位端耦接该信号输出端，该第二低电位端耦接一低电位供应端，该第二控制端耦接一信号输入端；
一第一偏压元件，耦接一第一负载偏压电位端；
一第二偏压元件，耦接一第二负载偏压电位端；
一第三偏压元件；
一第一开关，耦接于该高电位供应端与该第一控制端之间，用来依据一控制信号于该能源效率模式下不导通以及于该高输出功率模式下导通；
一第二开关，耦接于该信号输入端与该第一控制端之间，用来依据该控制信号于该能源效率模式下导通以及于该高输出功率模式下不导通；
一第三开关，耦接于该信号输入端与该第三偏压元件之间，用来依据该控制信号于该能源效率模式下导通以及于该高输出功率模式下不导通；
一第四开关，耦接于该第三偏压元件与该信号输出端之间，用来依据该控制信号于该能源效率模式下导通以及于该高输出功率模式下不导通；
一第五开关，耦接于该第二控制端与一晶体管偏压电位端之间，用来依据该控制信号于该能源效率模式下不导通以及于该高输出功率模式下导通；
一第六开关，耦接于该第一偏压元件与该信号输出端之间，用来依据该控制信号于该能源效率模式下不导通以及于该高输出功率模式下导通；以及
一第七开关，耦接于该信号输出端与该第二偏压元件之间，用来依据该控制信号于该能源效率模式下导通以及于该高输出功率模式下不导通。
2.如权利要求1所述的功率放大器，其中该第一晶体管是一P型金氧半导体晶体管或一第一双极性晶体管，该第二晶体管是一N型金氧半导体晶体管或一第二双极性晶体管。
3.如权利要求1所述的功率放大器，其中该第一、第二、第三、第四、第五、第六及第七开关的每一个包含下列其中之一：一NMOS晶体管；一PMOS晶体管；一互补式金氧半导体传输闸；以及一BJT。
4.如权利要求1所述的功率放大器，其中该第一、第二与第三偏压元件的每一个包含下列其中之一：一电感；一电容；以及一电阻。
5.如权利要求4所述的功率放大器，其中该第一与第二偏压元件的每一个是一电感或一电容，该第三偏压元件是一电阻。
6.如权利要求1所述的功率放大器，其于该能源效率模式下是一反相器型功率放大器，而于该高输出功率模式下是一共源极放大器或一共射极放大器。
7.一种功率放大器，能够操作于一能源效率模式下与一高输出功率模式下，其特征在于，包含：
一第一晶体管，包含一第一高电位端、一第一低电位端与一第一控制端，该第一高电位端耦接一高电位供应端，该第一低电位端耦接一信号输出端，该第一控制端于该能源效率模式下耦接一信号输入端；
一第二晶体管，包含一第二高电位端、一第二低电位端与一第二控制端，该第二高电位端耦接该信号输出端，该第二低电位端耦接一低电位供应端，该第二控制端耦接该信号输入端；
一第一偏压元件，耦接一第一负载偏压电位端，该第一偏压元件于该能源效率模式下不耦接该信号输出端，并于该高输出功率模式下耦接该信号输出端；
一第二偏压元件，耦接一第二负载偏压电位端，该第二偏压元件于该能源效率模式下耦接该信号输出端，并于该高输出功率模式下不耦接该信号输出端；
一第三偏压元件，于该能源效率模式下耦接于该信号输入端与该信号输出端之间，并于该高输出功率模式下不耦接该信号输入端与该信号输出端；以及
多个开关，每一该开关用来依据一控制信号于该能源效率模式下导通或不导通以及于该高输出功率模式下导通或不导通，所述开关于该能源效率模式下使该第一晶体管、该第二晶体管、该第二偏压元件与该第三偏压元件构成一反相器型功率放大器，而于该高输出功率模式下使该第二晶体管与该第一偏压元件构成一共源极放大器或一共射极放大器。
8.如权利要求7所述的功率放大器，其中该第一晶体管是一P型金氧半导体晶体管或一第一双极性晶体管，该第二晶体管是一N型金氧半导体晶体管或一第二双极性晶体管。
9.如权利要求7所述的功率放大器，其中每一该开关包含下列其中之一：一NMOS晶体管；一PMOS晶体管；一互补式金氧半导体(CMOS)传输闸；以及一BJT。
10.如权利要求7所述的功率放大器，其中该第一、第二与第三偏压元件的每一个包含下列其中之一：一电感；一电容；以及一电阻。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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GR01 Patent grant
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